CN107882915A - 内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器，主要由活塞杆、防尘罩、电容式距离传感器Ⅰ、电容式距离传感器Ⅱ、阻尼器缸筒、活塞头、励磁线圈及端盖等组成。电容式距离传感器Ⅰ与电容式距离传感器Ⅱ置于防尘罩内，并与阻尼器左端盖刚性连接。外部振动时，防尘罩与阻尼器缸筒发生相对运动，防尘罩内斜面与两个电容式距离传感器之间的径向间隙也发生变化，从而感生出成比例对应于活塞头位移的输出信号。根据得到的活塞头位移信息调节励磁线圈的电流，从而达到优化阻尼效果、提高阻尼效率以及节约能源的目的。本发明结构紧凑、体积小、灵敏度高、抗污染及抗干扰能力强，特别适用于工作环境恶劣的半主动控制系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是基于磁流变液可控特性的一种新型半主动阻尼器件，该器件可以对运动产生阻力，并用来耗散运动的能量，在其工作范围内拥有响应速度快、结构简单、体积小、容易控制和能耗低等优点，是一种理想的隔振、抗震装置，在建筑、机械、军工等行业具有广泛应用前景。
传统弹簧阻尼器被用于各种减振的场所，但随着人们对于减振效果的要求，弹簧阻尼器所起到的减振效果逐渐不能被人们所满意。磁流变液的问世促进了磁流变阻尼器的发展，其在减振方面的优异表现获得了业界好评。当磁流变阻尼器应用于各种场合时，其工作时测得的各项试验数据为优化阻尼器工作性能，研究阻尼器自身特性提供了很好的依据。被控对象振动时，控制器根据传感器检测到的被控对象主体与承载体之间的相对振动状况做出相应的分析和决策，并产生一控制电压作用于磁流变阻尼器的电流驱动器，通过电流驱动器给励磁线圈加载一驱动电流调节励磁线圈的磁场强度，从而在毫秒级时间内改变位于阻尼器阻尼通道中的磁流变液的屈服应力大小，调节磁流变阻尼器的阻尼，实现对被控对象振动的半主动阻尼减振。在这个闭环的半主动阻尼减振控制系统中，一个重要的输出量就是磁流变阻尼器活塞头的运动位移。
现有基于磁流变阻尼器的半主动减振系统中，实现磁流变阻尼器活塞头运动位移信息的检测主要利用单独的与磁流变阻尼器分离的位移传感器实现。这种将磁流变阻尼器和位移传感器分离的设计容易导致传感器精度不高，同时会增加控制系统的体积；且传感器直接暴露于外部环境之中很容易受到外界环境（如机械碰撞、渗油渗水、电磁波等）的干扰甚至被破坏，从而影响振动控制系统的整体可靠性及稳定性，缩短系统的使用寿命。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器。将电容式距离传感器与磁流变阻尼器集成在一起。被控对象振动时，阻尼器的活塞头和阻尼器缸筒产生相对运动。励磁线圈通电时，磁流变液流经液流通道时，受到磁流影响，流变后的剪切屈服强度增加，形成可控阻尼力，阻碍活塞头运动，达到减振目的。当活塞头运动时，运动位移信息经由防尘罩内侧上端的斜边等比例转换为两个电容式距离传感器与防尘罩之间间隙的微小变化。两个电容式距离传感器检测与防尘罩之间的径向间隙大小并输出传感输出信号，此信号再等比例放大后取均值，即可得到活塞头的运动位移信息。根据得到的活塞头运动位移信息，适时的调整励磁线圈电流大小，从而达到最优化的阻尼力控制，使阻尼力更加柔顺，提高阻尼效率的同时降低系统能耗。同时，由于电容式距离传感器安置在防尘罩内部，可有效避免外界环境（如机械碰撞、渗油渗水、电磁波等）对传感器造成的污染和干扰。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、防尘罩(3)、电容式距离传感器Ⅰ(4)、电容式距离传感器Ⅱ(5)、阻尼器左端盖(6)、阻尼器缸筒(7)、活塞头(8)、励磁线圈(9)、螺母(10)、浮动活塞(11)、阻尼器右端盖(12)以及右吊耳(13)；活塞杆(2)的左端加工有外螺纹，左吊耳(1)与活塞杆(2)左端通过螺纹紧固连接；防尘罩(3)左端面加工有螺纹通孔，防尘罩(3)与活塞杆(2)左端通过螺纹紧固连接；电容式距离传感器Ⅰ(4)底端与阻尼器左端盖(6)环形凸台通过螺纹紧固连接；电容式距离传感器Ⅱ(5)底端与阻尼器左端盖(6)环形凸台通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(6)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(6)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(6)与阻尼器缸筒(7)通过螺钉固定连接，并通过密封圈密封；活塞头(8)内部加工有圆形通孔，活塞杆(2)右端与活塞头(8)内部圆形通孔内表面间隙配合；活塞头(8)左端通过活塞杆(2)台阶接触定位；活塞头(8)右端加工有外螺纹，活塞头(8)右端通过螺母(10)紧固定位；活塞头(8)外表面加工有圆环形凹槽，励磁线圈(9)缠绕在凹槽内；浮动活塞(11)与阻尼器缸筒(7)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(12)与阻尼器缸筒(7)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(12)右端加工有外螺纹，右吊耳(13)与阻尼器右端盖(12)通过螺纹紧固连接；活塞头(8)运动时，运动位移信息经由防尘罩(3)内侧的斜面等比例转换为电容式距离传感器Ⅰ(4)、电容式距离传感器Ⅱ(5)与防尘罩(3)之间径向间隙的微小变化；电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)检测与防尘罩(3)之间的径向间隙大小，并输出传感输出信号；此信号再等比例放大后取均值即可得到活塞头(8)的运动位移信息。根据得到的运动位移信息，适时调整励磁线圈(9)的电流大小，从而达到最优化的阻尼力控制，使阻尼力更加柔顺，提高阻尼效率的同时降低系统能耗；同时由于电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)安置在防尘罩(3)内部，可有效避免外界环境对传感器造成的污染和干扰。阻尼器左端盖(6)、阻尼器缸筒(7)和活塞头(8)左端面之间的空腔形成磁流变液容腔Ⅰ；活塞头(8)右端面、阻尼器缸筒(7)和浮动活塞(11)之间的空腔形成磁流变液容腔Ⅱ；活塞头(8)外表面与阻尼器缸筒(7)内表面间隙形成磁流变液液流通道；浮动活塞(11)、阻尼器缸筒(7)和阻尼器右端盖(12)左端面之间的空腔形成压缩气体容腔Ⅲ。活塞头(8)与阻尼器缸筒(7)由低碳钢导磁材料制成；励磁线圈(9)中产生的磁力线通过活塞头(8)，经过液流通道中的磁流变液到达阻尼器缸筒(7)，再经过液流通道中的磁流变液返回活塞头(8)，形成闭合磁路。电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)的引线通过阻尼器左端盖(6)中的引线孔导出；励磁线圈(9)的引线通过活塞杆(2)中的引线孔导出。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
（1）本发明将电容式距离传感器与磁流变阻尼器集成在一起。活塞头运动时，运动位移信息经由防尘罩内侧上端的斜边等比例转换为两个电容式距离传感器与防尘罩之间径向间隙的微小变化。两个电容式距离传感器检测与防尘罩之间径向间隙大小并输出传感输出信号，此信号再等比例放大后取均值，即可得到活塞头的运动位移信息。根据得到的活塞头运动位移信息，适时的调整励磁线圈电流大小，从而达到最优化的阻尼力控制。
（2）与传统半主动减振系统相比，采用本发明构成的减振系统可有效提高阻尼力的控制精度，提高阻尼效率，得到最优的减振效果，降低能源消耗。
（3）与传统半主动减振系统相比，采用本发明构成的减振系统可有效减小系统体积，避免传感器直接暴露于外部环境时，受到外界环境（如机械碰撞、渗油渗水、电磁波等）的干扰甚至破坏，从而提高振动控制系统的可靠性及稳定性，延长系统使用寿命，并进一步拓宽磁流变阻尼器的应用场合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明活塞头运动到行程最右端时检测结构的局部示意图。
图3是本发明活塞头运动到行程最左端时检测结构的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明的结构示意图，主要包括左吊耳1、活塞杆2、防尘罩3、电容式距离传感器Ⅰ4、电容式距离传感器Ⅱ5、阻尼器左端盖6、阻尼器缸筒7、活塞头8、励磁线圈9、螺母10、浮动活塞11、阻尼器右端盖12以及右吊耳13。
图2是本发明活塞头运动到行程最右端时的局部示意图，此时电容式距离传感器与防尘罩的径向径向间隙最小，即附图2所示的h min。
图3是本发明活塞头运动到行程最左端时的局部示意图，此时电容式距离传感器与防尘罩的径向间隙最大，即附图3所示的h max。
本发明工作原理如下：
如图1、图2和图3所示，阻尼器工作时，励磁线圈通电后在有效阻尼间隙内产生磁场，磁场范围内的磁流变液工作，形成可控阻尼力。同时活塞头相对阻尼器缸筒的运动位移信息经由防尘罩内侧的斜面等比例转换为电容式距离传感器Ⅰ、电容式距离传感器Ⅱ与防尘罩之间径向间隙的微小变化，电容式距离传感器Ⅰ和电容式距离传感器Ⅱ检测并输出传感输出信号，此信号再等比例放大后取均值即可得到活塞头的位移信息。
活塞头的运动位移信息由x=(x 1+x 2)/2tanα计算得出，其中x为活塞头位移，x 1为电容式距离传感器Ⅰ检测到的其与防尘罩内侧斜面之间的径向间隙，x 2为电容式距离传感器Ⅱ检测到的其与防尘罩内侧斜面之间的径向间隙，α为防尘罩内侧斜面的倾斜角。
当阻尼器运动到行程最右端时，此时电容式距离传感器会检测到与防尘罩斜面之间径向间隙的最小值h min；当阻尼器活塞运动到行程最左端时，此时电容式距离传感器会检测到与防尘罩斜面之间径向间隙的最大值h max；x 1与x 2的大小始终在h min和h max之间变化。根据得到的活塞头位移信息，适时调整励磁线圈的电流大小，从而达到最优化的阻尼力控制，可使阻尼效果更加柔顺，从而提高阻尼效率，同时降低系统能耗。另外，由于电容式距离传感器安置在防尘罩内部，可有效避免外界环境（如机械碰撞、渗油渗水、电磁波等）对传感器造成的污染和干扰。
Claims (4)
1.一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器，其特征在于包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、防尘罩(3)、电容式距离传感器Ⅰ(4)、电容式距离传感器Ⅱ(5)、阻尼器左端盖(6)、阻尼器缸筒(7)、活塞头(8)、励磁线圈(9)、螺母(10)、浮动活塞(11)、阻尼器右端盖(12)以及右吊耳(13)；活塞杆(2)的左端加工有外螺纹，左吊耳(1)与活塞杆(2)左端通过螺纹紧固连接；防尘罩(3)左端面加工有螺纹通孔，防尘罩(3)与活塞杆(2)左端通过螺纹紧固连接；电容式距离传感器Ⅰ(4)底端与阻尼器左端盖(6)环形凸台通过螺纹紧固连接；电容式距离传感器Ⅱ(5)底端与阻尼器左端盖(6)环形凸台通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(6)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(6)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(6)与阻尼器缸筒(7)通过螺钉固定连接，并通过密封圈密封；活塞头(8)内部加工有圆形通孔，活塞杆(2)右端与活塞头(8)内部圆形通孔内表面间隙配合；活塞头(8)左端通过活塞杆(2)台阶接触定位；活塞头(8)右端加工有外螺纹，活塞头(8)右端通过螺母(10)紧固定位；活塞头(8)外表面加工有圆环形凹槽，励磁线圈(9)缠绕在凹槽内；浮动活塞(11)与阻尼器缸筒(7)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(12)与阻尼器缸筒(7)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(12)右端加工有外螺纹，右吊耳(13)与阻尼器右端盖(12)通过螺纹紧固连接；活塞头(8)运动时，运动位移信息经由防尘罩(3)内侧的斜面等比例转换为电容式距离传感器Ⅰ(4)、电容式距离传感器Ⅱ(5)与防尘罩(3)之间径向间隙的微小变化；电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)检测与防尘罩(3)之间的径向间隙大小，并输出传感输出信号；此信号再等比例放大后取均值即可得到活塞头(8)的运动位移信息；根据得到的运动位移信息，适时调整励磁线圈(9)的电流大小，从而达到最优化的阻尼力控制，使阻尼力更加柔顺，提高阻尼效率的同时降低系统能耗；同时由于电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)安置在防尘罩(3)内部，可有效避免外界环境对传感器造成的污染和干扰。
2.根据权利要求1所述的一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器，其特征在于：阻尼器左端盖(6)、阻尼器缸筒(7)和活塞头(8)左端面之间的空腔形成磁流变液容腔Ⅰ；活塞头(8)右端面、阻尼器缸筒(7)和浮动活塞(11)之间的空腔形成磁流变液容腔Ⅱ；活塞头(8)外表面与阻尼器缸筒(7)内表面间隙形成磁流变液液流通道；浮动活塞(11)、阻尼器缸筒(7)和阻尼器右端盖(12)左端面之间的空腔形成压缩气体容腔Ⅲ。
3.根据权利要求1所述的一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器，其特征在于：活塞头(8)与阻尼器缸筒(7)由低碳钢导磁材料制成；励磁线圈(9)中产生的磁力线通过活塞头(8)，经过液流通道中的磁流变液到外阻尼器缸筒(7)，再经过液流通道中的磁流变液返回活塞头(8)，形成闭合磁路。
4.根据权利要求1所述的一种内置距离传感器进行位移检测的集成型磁流变阻尼器，其特征在于：电容式距离传感器Ⅰ(4)和电容式距离传感器Ⅱ(5)的引线通过阻尼器左端盖(6)中的引线孔导出；励磁线圈(9)的引线通过活塞杆(2)中的引线孔导出。
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